袁啟孟 張久明 翟樂

【摘要】鍵盤鼠標是計算機必不可少的輸入設備，目前USB接口的鍵盤鼠標已普遍應用，但是仍有一部分PS2接口的設備仍在使用，尤其是在軍用加固設備領域，可長距離傳輸?shù)膬?yōu)勢使得PS2設備廣泛應用于加固計算機、服務器等設備。本設計基于F340單片機，開發(fā)出一款集鍵盤鼠標于一體的一款USB/PS2自適應鍵鼠。

【關鍵詞】鍵鼠；USB/PS2；自適應；F340

Based on F340 microcontroller Design of USB/PS2 self-adapted Keyboard&Mouse

Qimeng Yuan Jiuming Zhang Le Zhai

Abstract：Its absolutely necessary devices of keyboard and mouse for computers. Keyboard and mouse with PS2 interface still in use， while devices with USB interface are universally used at present， especially in military reinforce devices. The superiority of far transmission of PS2 devices signal compared with USB devices， resulting in the wide use of the PS2 devices in reinforce computer and servers equipment. This design developing a device integrated of keyboard and mouse， witch based on F340 microcontroller can be self-adaptedof USB/PS2 signal.

Key words：mouse；USB/PS2；self-adapteF340

1.引言

當前，鍵盤鼠標的設計已很成熟，目前市面上有USB鍵盤、USB鼠標，PS2鍵盤、PS2鼠標，種類繁多，樣式各異，有設計廉價的普通鍵盤鼠標，有人體力學的工程鍵盤鼠標。

在眾多的鍵鼠產(chǎn)品中，雖然形式各異，但最終實現(xiàn)的都是單一的鍵盤功能或者鼠標功能。目前市面上缺乏功能更加完善的鍵鼠產(chǎn)品。除此之外，鍵鼠的接口形式因主機而異，有的是USB接口，有的是PS2接口，雖然目前帶有PS2接口的主機日趨減少，但在加固裝備領域，應用仍比較普遍。

因此我們需要一款既能支持USB，又能支持PS2接口的一體化鍵鼠設備。

2.硬件設計方案

圖1為設計方案框圖。F340 MCU作為主控單片機，PS2鼠標連

圖1 系統(tǒng)框圖

接到鍵鼠輸出接口，作為PS2鼠標輸出，同時PS2鼠標連接到MCU單片機，在USB模式下，單片機會讀取PS2鼠標數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)化為USB鼠標數(shù)據(jù)。矩陣鍵盤通過GPIO連接到F340單片機上，單片機通過GPIO掃描矩陣鍵盤獲取鍵值，并輸出PS2或USB鍵盤數(shù)據(jù)至輸出接口。MCU程序通過JTAG接口燒寫進入系統(tǒng)，鍵盤指示燈即capslock、numlock、scrollock按鍵指示燈通過F340單片機的GPIO來控制其亮滅。PS2電壓與USB電壓分開引到鍵盤控制器上，再通過MOS管連接到F340單片機的GPIO引腳。系統(tǒng)供電由PS2電壓與USB電壓經(jīng)過一片集成負載開關生成系統(tǒng)5V供電電壓，給系統(tǒng)供電。鍵鼠外部連線采用雙接口模式，使用PS2或USB主機時，連接上相應的鍵鼠接口即可。

2.1USB/PS2自檢測電路

USB/PS2自適應檢測方式如圖2所示，將USB與PS2電源引接至鍵盤控制板，通過圖3電路將USB電壓與PS2電壓隔離開，兩組電壓經(jīng)過FPF2147后生成電路板5V供電電壓，而前端USB 5V電壓與PS2 5V電壓分別連接到2N7002柵極，當USB電壓有電時，或則PS2電壓有電時，將相應的MOS管打開，并將檢測點電壓拉低，單片機通過GPIO檢測電平值，來判斷連接的是USB信號，還是PS2信號，從而實現(xiàn)USB/PS2信號自檢測。

圖2 主機接入電壓檢測電路

圖3 供電隔離電路

3.軟件設計方案

本設計需要編寫單片機控制程序，通過JTAG口刷錄進人F340 MCU，系統(tǒng)上電后，單片機首先判斷USB電壓與PS2電壓的狀態(tài)，根據(jù)其檢測到的電壓狀態(tài)，來確定主機端連接的信號形式，如果連接的為PS2接口，單片機通過GPIO掃描矩陣鍵盤，通過解析鍵盤矩陣，進行數(shù)據(jù)編碼，輸出PS2鍵盤信號，PS2鼠標信號由PS2鼠標直接輸出到鍵鼠接口。如果單片機判斷的為USB接口，單片機則進行GPIO掃描矩陣鍵盤，并進行USB編碼，同時單片機接收PS2鼠標的數(shù)據(jù)，并進行USB編碼，之后將鍵鼠數(shù)據(jù)通過USB接口輸出。從而實現(xiàn)USB/PS2自適應一體化鍵鼠的設計。

4.軟件關鍵技術

（1）單片機接收處理PS2鼠標數(shù)據(jù)

當鍵鼠設備連接USB設備時，鼠標數(shù)據(jù)通過單片機處理后發(fā)送給主機，單片機接收的鼠標數(shù)據(jù)為PS2格式，因此設計的重點為單片機對PS2數(shù)據(jù)的解析，將PS2數(shù)據(jù)準確無誤的讀入，并將PS2數(shù)據(jù)正確打包為USB格，發(fā)送給主機。

單片機接收PS2數(shù)據(jù)采用中斷方式，根據(jù)PS2協(xié)，PS2鼠標CLK時鐘線產(chǎn)生負跳變時，進入單片機中斷，如果此時上一個PS2數(shù)據(jù)包剛好接收完整，則判斷此刻DATA數(shù)據(jù)線是否為低電平，如果為低電平，則認為是PS2數(shù)據(jù)的起始位，之后每一個時鐘負跳變記錄一次DATA數(shù)據(jù)電平狀態(tài)，通過移位操作存儲在一個char型變量中，直到接收完PS2數(shù)據(jù)stop位，一個PS2數(shù)據(jù)包就被單片機讀取完整。之后單片機將PS2數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為USB格式，發(fā)送至主機端。

（2）USB 驅(qū)動設計

USB固件主要包括通用的枚舉配置部分和類協(xié)議部分。圖4為描述符樹狀圖，枚舉配置實現(xiàn)USB主機對設備的枚舉和配，使主機確認設備的功能并提供資源；類協(xié)議部分主要實現(xiàn)USB設備各自數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ埽ㄊ髽说腍ID報告描述符合鍵盤HID報告描述符，規(guī)定了主機和USB設備數(shù)據(jù)的傳輸格式。USB枚舉過程結束后，F(xiàn)340將PS2鼠標數(shù)據(jù)和掃描的鍵值組合成HID描述符要求的格式，通過相應的USB端點傳送給主機，并接受主機的命令。

圖4 描述符樹狀圖

5.結束語

此設計將鍵鼠融為一體，并且可自適應USB/PS2接口，作為鍵鼠一體化設備節(jié)省了占用空間，增加了鍵鼠設備的適用性，可廣泛應用于各類計算機。

參考文獻

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